Kansen voor energiewinning uit getijden in de Ooster- schelde · 2006-09-04 · ECOFYS...

ECOFYS Energiewinning uit getijden in de Oosterschelde / E 45074.1

1

Kansen voor energiewinninguit getijden in de Ooster-schelde

Ir. P.C. ScheijgrondIr. A. SchaapIr. E.A. Sjerps-Koomen

E 45074.1

Copyright ECOFYS, 25 mei 2000

ECOFYS, Postbus 8408, NL-3503 RK Utrecht, Nederland, tel. 030-2808300 Kanaalweg 16-G, 3526 KL Utrecht, fax. 030-2808301, www.ecofys.nl


2

SAMENVATTINGIn deze rapportage worden de kansen onderzocht voor energiewinning uit degetijden in de Oosterschelde. Twee opties voor energieopwekking uit getijdenzijn beschouwd:

1. Energiewinning uit het getijverschil (het hoogteverschil tussen eb en vloed)met behulp van bassins en laag verval waterturbines.

2. Energiewinning uit lokale getijdenstromingen met behulp van vrije turbinesin de stroom, analoog aan windturbines.

Beide opties zijn beschreven aan de hand van principes, praktijk voorbeelden,en de huidige stand van zaken in Nederland. Het toetsen van de kansen voordeze opties gebeurt aan de hand van de volgende beoordelingscriteria:

1. Het aanbod van energie uit getijverschil en uit getijdenstroming in de Oos-terschelde op basis van beschikbare data en schattingen.

2. Het Beleidsplan Oosterschelde (hierna het Beleidsplan), waarin de hoofd-doelstellingen geformuleerd staan met betrekking tot veiligheid voor de be-volking, natuur, visserij, recreatie en scheepvaart.

3. De financiële beperkingen die bekend zijn uit ervaringen met de technolo-gieën.

4. Het perspectief voor toepassingen buiten het Oosterschelde gebied.

Uit deze toetsing zijn de volgende conclusies getrokken:

Energieopwekking uit het getijverschil (het verschil tussen eb en vloed) biedtgeen goede kansen in de Oosterschelde. Hoewel het aanbod in principe groot is(734 MW), is de implementatie -met name op grote schaal- in strijd met dedoelstellingen van het Beleidsplan. Verder lijkt het vooralsnog economisch on-rendabel om energie op te wekken bij een hoogteverschil van minder dan 7meter. Er zijn ook geen bijkomende kostenbesparende voordelen voor de Oos-terschelde in de vorm van bijvoorbeeld een verbindingsweg, omdat deze infra-structuur reeds aanwezig is. Tenslotte zijn er weinig perspectieven om de opge-dane ervaring en kennis elders toe te passen in Nederland.

Energieopwekking uit getijdenstromingen biedt meer kansen in de Ooster-schelde. Het aanbod is beperkt tot een aantal specifieke locaties, waarvan destormvloedkering het grootste aanbod biedt (100-200 MW), daarbuiten is hetaanbod geringer gezien de lage stroomsnelheden (1-10 MW). Realisatie opgrote schaal van deze optie is in strijd met het Beleidsplan, vanwege de invloedop getijverschil. Een eerste orde benadering toont aan dat het effect van een


3

grootschalige toepassing (10 MW) een niet verwaarloosbaar effect op het getij-verschil in de Oosterschelde zal hebben (in de orde van 4 cm op het huidigegetijverschil van 285 cm). Gezien dit effect bestaat er twijfel over het achter-wege blijven van mogelijke negatieve gevolgen voor het ecosysteem (voor-zorgsprincipe uit Beleidsplan). Het opwekken van energie uit getijdenstromin-gen op grote schaal in de Oosterschelde kan daarom niet worden aanbevolen.

Het effect van kleinschalige energieopwekking uit de getijdenstromingen (tot500 kW) op het getijverschil is veel kleiner (0.4 mm per 100 kW opgesteldvermogen). Hoewel dit effect niet ontkend mag worden, wordt het belang ervanverwaarloosbaar geacht (door Rijkswaterstaat) ten opzichte van andere aanpas-singsprocessen die de Oosterschelde ondergaat. Kleinschalige energie opwek-king uit de getijdenstromingen lijkt dus acceptabel, mits de installatie voldoetaan nog op te stellen randvoorwaarden ten aanzien van bijvoorbeeld veranke-ring en het effect op de bodem.

Wanneer een proefinstallatie wordt toegestaan rond de Oosterschelde moet eengoede locatie worden aangewezen. De meest optimale locatie moet gezochtworden daar waar de installatie geen hinder veroorzaakt voor scheepvaart, re-creatie of visserij en waar de stroomsnelheden hoog en laminair zijn. Verdermoet de installatie goed bereikbaar zijn voor onderhoud en metingen. Een lo-catie in de Stormvloedkering, tussen de peilers, voldoet het beste aan dezevoorwaarden. Mocht deze locatie technisch niet te realiseren zijn, dan moet eenproeflocatie gezocht worden in de buurt van de kering, maar buiten het turbu-lente gebied.

Er zijn perspectieven voor toepassingen van deze vorm van energieopwekkingelders in Nederland. Hoge stromingen zijn te vinden voor de Zeeuwse kust inde Noordzee, de Westerschelde en rond de Wadden eilanden. Voor deze loca-ties zullen echter ook de consequenties voor milieu, scheepvaart, etc. moetenworden onderzocht. Het Europees potentieel is geschat op een technisch reali-seerbaar vermogen van 12.5 GW. Tenslotte beschikt de provincie Zeeland bijuitstek over de nodige kennis, faciliteiten en omgeving om deze technologieverder te ontwikkelen.

De volgende aanbevelingen worden gedaan aan de provincie Zeeland:

1. Geen energieopwekking uit het getijverschil (het verschil tussen eb envloed) in de Oosterschelde,

2. faciliterend optreden bij initiatieven voor kleinschalige energieopwekkinguit de getijdenstromingen (tot 500 kW) in de Oosterschelde op een aan tewijzen proeflocatie onder bepaalde randvoorwaarden,

3. bundelen en verspreiden van de kennis, initiatieven en actoren via eenvoorlichtingsbijeenkomst of workshop over het onderwerp �energie uit ge-tijdenstroming�.


4

INHOUDSOPGAVE

SAMENVATTING................................................................................... 2

INHOUDSOPGAVE................................................................................ 4

1. INLEIDING......................................................................................... 5

1.1 Het Oosterschelde Gebied................................................................................ 5

1.2 Getijverschil en getijdenstroming.................................................................... 7

1.3 Beoordelingscriteria voor toetsing.................................................................. 9

2. ENERGIEOPWEKKING UIT HET GETIJVERSCHIL ...................... 11

2.1 Principe............................................................................................................. 11

2.2 Praktijkvoorbeelden ........................................................................................ 13

2.3 Ervaringen in Nederland ................................................................................. 14

2.4 Toetsing aan beoordelingscriteria................................................................. 15

3. ENERGIEOPWEKKING UIT GETIJDENSTROMING...................... 19

3.1 Principe............................................................................................................. 19

3.2 Praktijkvoorbeelden ........................................................................................ 21

3.3 Ervaringen in Nederland ................................................................................. 26

3.4 Toetsing aan beoordelingscriteria................................................................. 31

4. CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN............................................ 36

4.1 Energieopwekking uit het getijverschil ......................................................... 36

4.2 Energieopwekking uit het getijdenstroming................................................. 36

4.3 Aanbevelingen ................................................................................................. 37

5. REFERENTIES ................................................................................ 38

BIJLAGEN ........................................................................................... 39


5

1. INLEIDINGDeze rapportage is geschreven in opdracht van provincie Zeeland in het kadervan het provinciale actieprogramma Energie. Ecofys is gevraagd parallel aandit actieprogramma ook de kansen voor energieopwekking uit getijden rond deOosterschelde te inventariseren. Dit onderwerp is in de belangstelling geraaktvanwege een aantal initiatieven om prototype waterturbines te testen in de wa-teren van de Oosterschelde. De initiatieven worden nader beschreven in ditrapport en in een breder kader geplaatst. Voor de informatie zijn er telefoonge-sprekken gevoerd en is beschikbare en toegezonden literatuur bestudeerd.

In dit hoofdstuk wordt eerst het kader geschapen waarbinnen dit onderzoekplaatsvindt. Een schets van het Oosterschelde gebied wordt gegeven. Vervol-gens wordt ingegaan op de methoden om energie te winnen uit getijden en ten-slotte worden beoordelingscriteria gedefinieerd voor het toetsen van kansenvoor energie opwekking uit getijden in de Oosterschelde. Deze criteria wordenin de hoofdstukken 2 en 3 toegepast voor de toetsing van respectievelijk dekansen voor energiewinning uit het getijverschil en getijdenstroming.

1.1 Het Oosterschelde GebiedDe Oosterschelde wordt gekarakteriseerd als een grootschalig getijdenland-schap met grote mate van natuurlijkheid. Als gevolg van getijdenstromen vin-den erosie- en sedimentatieprocessen plaats die resulteren in een wisselend pa-troon van diepe getijgeulen, slikken, platen en schorren. Het landschapsbeeldwordt gekenmerkt door dijken en dammen en andere infrastructurele werkenzoals de Oosterscheldekering, de Zeelandbrug, havens, windturbines, woonker-nen en recreatieconcentraties [ref 1].

Figuur 1 Oosterschelde kering.


6

Het water, de schorren en het intergetijdengebied vormen, mede in samenhangmet de binnendijks gelegen natuurgebieden, het leefmilieu voor de rijke floraen fauna in het gebied. Het milieu wordt bepaald door abiotische factoren alsgetij, stroming, watertemperatuur, hoogteligging, waterkwaliteit en sediment-samenstelling. Wijziging van één van deze factoren leidt tot verandering in deomvang en samenstelling van milieutypen en levensgemeenschappen.

Als gevolg van de uitvoering van de Oosterscheldewerken zijn de stroomsnel-heden, het getijvolume en de getijbeweging afgenomen. De verblijftijd van hetwater is hierdoor langer geworden dan voorheen. De geulen, die ingesteld wa-ren op grotere watertransporten, werden te ruim. De geulen willen zich aanpas-sen aan de nieuwe situatie door ondieper en smaller te worden. De hoeveelheidzand die hiervoor nodig is wordt geschat op ongeveer 400 miljoen m3. Dit zandte kort van de geulen wordt aangeduid als de zandhonger. Het zand dat tijdensstormen door golven op de platen en slikken erodeert, komt niet meer zoalsvroeger tijdens springtij terug op deze ondiepe gebieden. Slikken en platenworden daardoor elk jaar lager en kleiner en ook schorren kalven af. Deze ont-wikkeling is structureel en kan leiden tot: meer water, minder schor en eenkleiner gebied dat bij laagwater zal droogvallen [ref 2,3].

Samengevat zijn de volgende belangrijke wijzigingen in het watersysteem vande Oosterschelde opgetreden:

• Het getijverschil is groter gebleven dan was voorspeld• De stroomsnelheden zijn gemiddeld 30% lager geworden• De waterkwaliteit is verbeterd en het zoutgehalte is hoger dan werd ver-

wacht• De bodemligging is nog lang niet in een nieuw evenwicht gekomen. Er is

een tendens tot erosie en afvlakking van de plaatgebieden. Ook de schorrenzijn aan erosie onderhevig.

• Ten dele bevindt het ecosysteem zich nog in een aanpassingsfase.• Wijzigingen hebben zich voorgedaan in de geschiktheid van het gebied

voor de schelpdiercultuur. Plaatselijk is de geschiktheid verminderd; eldersis deze juist toegenomen.


7

1.2 Getijverschil en getijdenstromingGetijden worden veroorzaakt door de gravitatiekrachten tussen de maan, zon ende aarde. De combinatie van deze aantrekkingskrachten en de rotatie van deaarde zorgt voor een voorspelbare afwisseling tussen hoog en laag water. Omde 12 uur en 25 minuten herhaalt het patroon zich, waardoor er zich in een et-maal twee keer hoog en twee keer laag water voordoet. Het verschil in hoogtevarieert van 0.5 m op de meeste locaties tot 10 m op specifieke locaties nabijcontinentale landmassa�s (zie figuur 2). De beweging van het water veroorzaaktgetijdenstromingen met snelheden tot wel 5 m/s in kustzones en in stroomgatentussen eilanden (zie figuur 3).

Energiewinning uit getijden kan op twee fundamenteel verschillende manieren:

1. door het getijverschil te benutten in afsluitbare bassins

2. door lokale getijdenstromingen te benutten op een manier analoog aanwindturbines.

Beide principes worden afzonderlijk in hoofdstukken 2 en 3 nader beschrevenen geïllustreerd aan de hand van praktijkvoorbeelden. In dit hoofdstuk wordteen referentie kader geschetst waarbinnen de twee opties kunnen worden ge-toetst op relevantie voor de Oosterschelde.

Figuur 2 Kaart van Europa met lijnen van gelijk springtij niveau [ref 4]. Het getijver-schil kan aanzienlijk toenemen in de estuaria. Dit wordt veroorzaakt doorhet aflopen van de zeebodem en de trechtervorm van de estuaria. Het ver-schil kan nog extra worden versterkt door effecten zoals reflectie van degetijdengolf bij de kuststrook (mn. bij Cherbourg schiereiland in Frankrijk)en resonantie van de getijdengolf (bijv. In de Severn Estuarie in GrootBrittanie)


8

Figuur 3 Kaart uit de Stroomatlas van de Westerschelde/Oosterschelde [ref 5], 1 uurvoor hoog tij. De uit metingen verkregen stroomrichtingen en �snelheden(in zeeknopen) zijn aangegeven met zwarte pijlen. Het zijn gemiddelden inde voor scheepvaart meer belangrijke bovenste waterlagen bij gemiddelddoodtij en gemiddeld springtij. �1940� is 1.9 knopen (1.0 m/s) bij doodtij en4.0 knopen (2.1 m/s) bij springtij.


9

1.3 Beoordelingscriteria voor toetsingHoe kan worden bepaald of en op welke wijze energiewinning uit de Ooster-schelde interessant is? Voor het doel van deze rapportage zijn vier beoorde-lingscriteria gedefinieerd om een referentiekader te scheppen aan de handwaarvan toetsing kan plaatsvinden, te weten: het aanbod, het beleidsplan Oos-terschelde, financiële beperkingen en toekomst perspectieven. Deze beoorde-lingscriteria worden hieronder kort toegelicht en komen in hoofdstukken 2 en 3weer terug om een oordeel te kunnen vellen.

Het aanbodZowel voor het benutten van het getijverschil (het hoogteverschil tussen eb envloed) als getijdenstroming moet een schatting worden gemaakt van het te in-stalleren vermogen en de opbrengsten. Het vermogen wordt uitgedrukt in kWof MW, de opbrengst in kWh per jaar.

Het is belangrijk om te weten welke parameters van invloed zijn op het vermo-gen en de opbrengst om een afweging te kunnen maken met andere (duurzame)energie bronnen. Het vermogen van een getijcentrale die gebruik maakt van hethoogteverschil wordt bepaald door het hoogteverschil in meters tussen laagwater en hoog water en het debiet in m3/s. Een waterstromingsturbine haalt hetvermogen juist uit de lokale snelheid van het water (m/s) door het beschikbaredoorstromingsoppervlak A (m2).

Voor dit onderdeel van de studie is hoofdzakelijk gebruik gemaakt van be-schikbare gegevens.

Het Beleidsplan OosterscheldeEén van de belangrijkste toetsingscriteria wordt bepaald door het BeleidsplanOosterschelde (hierna het Beleidsplan) [ref 6]. Dit beleidsplan is opgesteld in1995 door de Stuurgroep Oosterschelde voor de Provinciale Staten van Zee-land. In dit beleidsplan staan de hoofddoelstellingen geformuleerd met betrek-king tot veiligheid voor de bevolking, natuur, visserij, recreatie en scheepvaart.Alle initiatieven die betrekking hebben op de Oosterschelde worden getoetstaan dit beleidsplan, zo ook initiatieven op het gebied van energiewinning uit degetijden. Het plan heeft betrekking op de periode tot het jaar 2005. In het jaar2000 (dit jaar) zal op basis van een uitgebreide evaluatie bezien worden of hetbeleidsplan grotendeels gehandhaafd kan blijven.

Hieronder volgt een samenvatting van de hoofdoelstellingen:

• De hoofddoelstelling in het beleidsplan voor inrichting en beheer van deOosterschelde luidt als volgt: "Het behoud en zo mogelijk versterken van deaanwezige natuurlijke waarden, met inachtneming van de basisvoorwaar-den voor een goed maatschappelijk functioneren van het gebied, waarondermet name visserij wordt begrepen."


10

• Het hanteren van deze doelstelling mag aan de primaire doelstelling van dedeltawerken, te weten het bieden van veiligheid voor de bevolking, geenafbreuk doen.

• Uit de hoofddoelstelling blijkt een hiërarchie van functies die bepalend isvoor het inrichtings- en beheersbeleid, te weten:1. natuur, 2. visserij, 3. ove-rige functies zoals recreatie, scheepvaart en andere.

• Bij twijfel over de toelaatbaarheid van een activiteit in verband met moge-lijke effecten op het ecosysteem wordt het voorzorgprincipe toegepast. Dithoudt in dat, wanneer op basis van de best beschikbare informatie bij deafweging sprake blijkt te zijn van duidelijke twijfel over het achterwegeblijven van mogelijk belangrijke negatieve gevolgen voor het ecosysteem,het voordeel van de twijfel dan zal gaan in de richting van het behoud vande natuurfunctie.

De belangrijkste beleidspunten die hieruit volgen zijn als volgt geformuleerd:

• Handhaving van een dusdanige waterkwaliteit dat een optimaal functione-ren van de hoofdfuncties natuur en visserij mogelijk is.

• Behoud van de natuurwaarde van het gebied.• Behoud van het schorareaal.• Geen wezenlijke verder vermindering van het areaal intergetijdengebied.• Handhaving van de geschiktheid van de Oosterschelde voor de visserij.• Recreatievoorzieningen dienen naar aard, omvang en ligging aan te sluiten

bij het karakter van de Oosterschelde.• Gereguleerd gebruik van de Oosterschelde door de beroepsscheepvaart.

Financiële beoordelingHet succes en de commerciële haalbaarheid van energiewinning uit getijden zaluiteindelijk getoetst worden aan de kosten per kWh. Er zijn geen standaard ge-gevens hierover bekend, evenmin is er een financiële analyse uitgevoerd binnendeze opdracht. Zover bekend uit de literatuur zullen financiële gegevens wor-den genoemd.

Toekomst perspectievenHet winnen van energie uit getijden is relatief onbekend. Het ontwikkelen vaneen eventuele getijcentrale (op kleine of grote schaal) voor de Oosterscheldevergt investeringen in kennis en materialen en het opdoen van ervaring. Ermoet daarom ook gekeken worden naar toepassingen buiten het Oosterscheldegebied (herhalingspotentieel).


11

2. ENERGIEOPWEKKING UIT HET GETIJVERSCHIL

2.1 PrincipeTurbines die werken op een hydraulisch verval (hoogteverschil van water) heb-ben een zeer hoog omzettingsrendement (80% en hoger). Om deze reden iswaterkracht op basis van verval een hoogwaardige vorm van energieomzetting(ter illustratie; wind≈40%, photo-voltaïsch≈10%, gas (STEG)≈50%, ko-len≈40%).

Om het hydraulisch verval van getijden te benutten voor energieopwekking iseen bassin nodig. Dit bassin kan van nature aanwezig zijn in de vorm van eenestuarium, inham, fjord of kunstmatig worden gecreëerd. In het geval van deOosterschelde zou niet alleen aan de Oosterschelde zelf als bassin gedacht kun-nen worden, maar ook aan hergebruik van een polder (ontpolderen), een buitengebruik gestelde haven, of zelfs inlagen (gebied tussen twee dijken). HetENERGO project (zie hierna en ref [7]) stelt bijvoorbeeld voor om de bouw-putten op het werkeiland Neeltje Jans te benutten als bassin voor een getijcen-trale.

Figuur 4 Schema voor getijcentrale

De bassins staan in verbinding met het zeewater middels één of meer sluizen enlaag verval turbines. De �Bulb� turbines zijn hiervoor het meest gangbaar.Energieopwekking kan dan plaats vinden op drie manieren:

1. Alleen bij hoogwater: het bassin vult tijdens de vloedperiode, en bij hoogwater sluiten de sluizen. Bij laag water loopt het bassin leeg door laag ver-val turbines. Met deze methode vindt er energieopwekking plaats geduren-de 40% van de getijdencyclus.


12

2. Alleen bij laag water: de sluizen sluiten bij laag water. Bij hoog water vulthet bassin zich met water dat door de turbines stroomt.

3. Bij hoog en laag water: combinatie van bovenstaande twee methodes.

Er zijn aanvullende methoden mogelijk om de continuïteit van energie opwek-king te verbeteren. Dit kan door een extra bassin toe te passen of gebruik temaken van pompen, die het getijverschil kunstmatig vergroten.


13

2.2 PraktijkvoorbeeldenEr zijn weinig getijcentrales gebouwd. De bekendste en grootste is de 240 MWcentrale bij La Rance in Frankrijk, die nu sinds 1965 operationeel is (zie figuur5). In de Bay of Fundy bij Annapolis (Canada) is een 20 MW centrale ge-bouwd. Hier is geëxperimenteerd met een ring-generator turbine (�Straflo�turbine) in plaats van de meer gangbare �Bulb� turbine. Verder is er een 400kW experimentele centrale bij Kislaya Guba (Rusland). In China is er een aan-tal kleine centrales gebouwd waarvan de 3.2 MW centrale in Jiangxia de groot-ste is. In tabel 1 staan meer gegevens over de centrales.

Figuur 5 Getijcentrale bij La Rance in Frankrijk. De eerste (1966) en voorlopig enigecentrale in Europa met een vermogen van 240 MW. De huidige kostprijsvoor de elektriciteit bedraagt omstreeks �0.06 per kWh.

Alle genoemde centrales maken gebruik van slechts een enkel bassin. Bij LaRance en Kislaya is het mogelijk energie op te wekken bij zowel laag als ookhoog water.

Voor een degelijke samenvatting van deze projecten wordt verwezen naar derapportage �Actieve Getij Centrale� van Alkyon aan Novem [ref 8].

gem

. G

etijv

ersc

hil

(m)

Bas

sin

oppe

rvla

k (k

m2)

Gei

nsta

lleer

d ve

rmog

en

(MW

)

Opb

reng

st

(GW

h/ja

ar

in g

ebru

ik

La Rance 8 17 240 540 1966(Frankijk)Kislaya Guba 2.4 2 0.4 - 1968(Rusland)Annapolis 6.4 6 17.8 30 1984(Canada)Jiangxia 7.1 2 3.2 11 1980(China)

Tabel 1 Overzicht van operationele getijcentrales wereldwijd


14

2.3 Ervaringen in NederlandOok in Nederland zijn de opties voor getijcentrales bestudeerd. In de nota vanir L. Lievense uit 1979 werd een plan gemaakt om de Markerwaard te bestem-men als opslagbekken. De met windenergie opgepompte hoeveelheid water konnaar behoefte elektriciteit produceren met name tijdens pieken (piek shaving)[ref 9]. Het opslagbekken zou gebruikt worden om een waterkrachtcentrale aante drijven met een totaal geïnstalleerd vermogen van ongeveer 1500 MW.

In de voorstudie proefproject ENERGO [ref 7] werd herkend dat voor het planLievense in principe mogelijkheden aanwezig waren in de reeds bestaandebouwputten van de Stormvloedkering Oosterschelde (figuur 6). Dit, gekoppeldaan het inmiddels gerealiseerde windturbinepark op het werkeiland NeeltjeJans, maakte deze locatie tot een ideale plaats voor een proefproject. Hethoogwater opslagbekken zou worden voorzien van een omkeerbare(pomp/turbine) bulb generator met een vermogen van 15 MW. De kosten voorde getijcentrale werden geraamd op �4.600,-/kW.

Figuur 6 Plattegrond van werkeiland Neeltje Jans met het bouwdok zichtbaar tennoordoosten van het eiland. Door het dok af te sluiten zou 15 MW kunnenworden geproduceerd met bulb turbines zo stelt het ENERGO project voor.

Toen duidelijk werd dat er voorlopig geen behoefte was aan grootschalige op-slag van energie ten behoeve van peak shaving, is waarschijnlijk ook de inte-resse voor het proefproject ENERGO opgegeven.

De plannen voor een getijcentrale in de Oosterschelde waren niet geheel nieuw.Een belangrijke studie was uitgevoerd door ir Kooman van Rijkswaterstaat-Deltadienst in 1975 [ref 10]. Hierin werd een bekken beschouwd ter groottevan vrijwel de gehele Oosterschelde met een installatie van 734 MW. Eén vande verwachtingen van de studie was dat de investering gunstig kon zijn in com-binatie met de nog te realiseren stormvloedkering. De kosten per geïnstalleerde


15

kW werden geschat op �9.675,-/kW, in welk geval de kWh-prijs tenmin-ste�0.35 zou zijn (na aftrek van een deel van de kosten over de stichtingskostenvan de stormvloedkering). Het rapport werd afgesloten met de volgende con-clusie: "een getijcentrale in de mond van de Oosterschelde lijkt dan ook voorlange tijd economisch niet haalbaar te zijn".

2.4 Toetsing aan beoordelingscriteriaEr kunnen twee opties worden beschouwd: een bassin ter grootte van de geheleOosterschelde (een bassin met een oppervlakte van 35.000 ha1), of een kleinerbassin in of aan de Oosterschelde (100 ha of meer).

Het aanbodDe resultaten van de verschillende studies die zijn uit gevoerd voor een getij-centrale in de Oosterschelde staan in Tabel 2 samengevat. Volledige afsluitingvan de Oosterschelde zou destijds een geïnstalleerd vermogen van 734 MWmogelijk maken volgens de studie van ir. D. Kooman. De jaar opbrengst zou1243 GWh per jaar bedragen. Onder paragraaf �Beleidsplan� wordt deze optietot niet haalbaar verklaard. Er wordt hier daarom niet verder op het energieaan-bod ingegaan.

Een kleiner bassin ter grote van het Bouwdok kan volgens het ENERGO voor-stel een vermogen leveren van 15 MW met een jaaropbrengst van 1.6 GWh.Hierbij kan worden opgemerkt dat het moment van productie van elektriciteituit een klein bassin geheel bepaald wordt door het getijdenpatroon en boven-dien van relatief korte duur is: namelijk de tijd die nodig is om het bassin te le-gen bij eb. Hier is minder dan een uur voor nodig. Dit is een ongunstige situatieomdat het moment van aanbod niet af te stemmen is op het moment van vraag.

LOKATIE gem

. G

etijv

ersc

hil

(m)

Bas

sin

oppe

rvla

k (k

m2)

Gei

nsta

lleer

d ve

rmog

en

(MW

)

Opb

reng

st

(GW

h/ja

ar

jaar

Oosterschelde 2.4 350(?) ? ? 1954(aan Deltacommissie)Oosterschelde 2.4 90 50 182 1967(PZEM)Oosterschelde 2.3 350 734 1243 1975(RWS-Deltadienst)Bouwdok Neeltje Jans 3.7 1 15 1.6 1981(ENERGO=PZEM/RWS/ECN)

Tabel 2 Overzicht van verschillende voorstellen voor een getijcentrale in de Oos-terschelde.

1 uit het Beleidsplan Oosterschelde, pagina 7


16

Het Beleidsplan Oosterschelde

Functie hiërarchie, landschap en geomorfologieDe eerste optie valt af omdat het niet denkbaar zou zijn de Oosterschelde volle-dig af te sluiten met een dichte dam en geheel in dienst te stellen van energie-opwekking. De stormvloedkering was juist zodanig uitgevoerd om het oor-spronkelijke milieu zoveel mogelijk in stand te kunnen houden. Door volledigeafsluiting zal de doorstroming van de Oosterschelde veranderen en het getij-denpatroon worden verstoord. Deze veranderingen dragen consequenties metzich mee voor het huidige ecosysteem en zijn daarom in strijd met het Beleids-plan. De volgende milieubezwaren worden genoemd in referentie [6]:

• "De uitwisseling van water, sediment en biota (kraamkamerfunctie) tussende zee en het estuarium vermindert; daarmee vermindert in het algemeen dedynamiek en de ecologische potentie van dit hele (kust)systeem.

• In het getijbekken treedt, direct samenhangend met de regimeveranderingten behoeve van de getijcentrale, een sterke vermindering op van de om-vang van het getijverschil en daardoor ook van de omvang van de platen enschorren. Daardoor vermindert op zijn beurt onontkoombaar de omvangvan de belangrijkste habitat voor de vogels die hun voedsel nu eenmaalmoeten halen uit de bodem van de tijdelijk droogvallende platen."

Een voorstel voor een kleiner bassin in of aan de Oosterschelde zal moetenconcurreren met bestaande functies van het gebied. Denkbare locaties zijn bij-voorbeeld de Weelse inlagen (figuur 7), de Jacobahaven (figuur 8), het Bouw-dok op Neeltje Jans (figuur 9), en Schelphoek (geen figuur). In principe zijnhier mogelijkheden om een afgesloten bassin te creëren. Echter hebben dezegebieden reeds aangewezen functies voor natuur, visserij, recreatie of scheep-vaart, die geheel of grotendeels zullen moeten wijken.

Figuur 7 Weelse inlagen (oppervlak ca. 50 Ha groot)


17

Figuur 8 Jacobahaven (oppervlak ca. 5 Ha groot)

Figuur 9 Bouwdok Neeltje Jans (oppervlak ca. 100 ha groot)

In het ENERGO voorstel voor een proefcentrale werd al gewezen op de vol-gende consequenties voor het landschap en milieu:

• "Een hoog bekken [�] zal met daarbij behorende voorzieningen een zeernadrukkelijk beeldelement vormen in de directe nabijheid van de kering.

• Onvoldoende kennis ten aanzien van de inwerking van het pompen gene-reerbedrijf op de geomorfologie in de omgeving en de ter plaatse in hetwater levende organismen.

• Er bestaat verder een (geringe) kans op stratificatie in het bassin."

Wellicht dat met onderzoek en maatregelen de consequenties kunnen wordengekwantificeerd, gereduceerd en ondervangen. Echter is de wijziging in functievan het aangewezen gebied in strijd met de hoofddoelstelling uit het Beleids-plan, te weten de hiërarchie van functies (natuur, visserij en overige functies)die bepalend is voor het inrichtings- en beheersbeleid (zie paragraaf 1.4).

Financiële beoordelingDe bestudeerde literatuur over getijdenenergie gaat uit van de constatering datgetijdenenergie slechts op enkele plekken op aarde economisch winbaar is, na-melijk waar het natuurlijk getijverschil minimaal in de orde van 7 meter be-draagt. Eerdere voorstellen voor de Oosterschelde zijn ook tot vergelijkbareconclusies gekomen. De stand der techniek is niet wezenlijk veranderd ten op-zichte van de uitgangspunten die in het ENERGO project zijn aangenomen. Erzijn zover bekend geen nieuwe turbines of technieken op de markt gekomen die


18

tot aanzienlijke kostenbesparing leiden voor de aanleg en bouw van een getij-centrale.

De investering kan worden gereduceerd wanneer er andere voordelen zijnwaarvoor kosten kunnen worden afgeschreven, zoals de realisatie van een brugof verbinding. Deze voordelen lijken zich niet voor te doen in het geval van deOosterschelde.

Toekomst perspectievenGezien de boven genoemde bezwaren, lijkt er weinig perspectief voor toepas-sing van de technologie elders in Nederland. Er bestaat wel interesse voorunieke locaties met een hoog getijverschil in onder andere Engeland, Argenti-nië, China, Australië, India en Korea. Er zijn voor al deze locaties verschillendeplannen en voorstellen gemaakt, maar het heeft nog niet tot realisatie van deplannen geleid. Terugkerende bezwaren zijn de hoge investeringen en de onze-kerheden over de gevolgen voor natuur en milieu.


19

3. ENERGIEOPWEKKING UIT GETIJDENSTROMINGIn dit hoofdstuk zal worden ingegaan op de mogelijkheden voor energiewin-ning uit de getijdenstromingen. Er zal hier en daar extra aandacht geschonkenworden aan ontwikkelingen die relevant zijn voor actuele initiatieven voor deprovincie Zeeland zoals de "Worms Turbine" en de "Whale Tail Wheel". Vanbeide concepten worden momenteel prototypes gemaakt door Zeeuwse onder-nemingen. De prototypes zullen in Zeeuws water worden getest. Het hoofdstukwordt afgesloten met een toetsing aan de beoordelingscriteria uit paragraaf 1.4.

3.1 PrincipeEnergie opwekking uit getijdenstroming is fundamenteel anders dan het voor-gaand besproken principe voor de getijcentrale die werkt op getijverschil(hoogteverschil tussen eb en vloed). Terwijl de getijcentrale potentiële energieonttrekt aan water dat op een hoger niveau gelegen is, wordt bij getijdenstro-ming juist de kinetische energie benut (snelheid van het water). Door een rotorin de vrije stroming te plaatsen kan energie worden onttrokken. De stroomsnel-heid van het water achter de rotor is lager dan voor de rotor. Dit principe isidentiek aan de werking van windturbines.

Het is onmogelijk om alle kinetische energie te onttrekken aan de stroming; hetwater heeft altijd een bepaalde snelheid nodig om de rotor te kunnen verlaten.De Duitse ingenieur Betz toonde in 1920 aan dat het theoretische maximumrendement uit een vrije stroom gelijk is aan 16/27 (0.593) van de totale kineti-sche energie.

Het rendement van de rotor wordt uitgedrukt met de vermogenscoëfficiënt Cp(van Coëfficiënt of Power) die maximaal gelijk is aan Betz limit (Cpmax=0.593).Te samen met hydrodynamische verliezen, verliezen ten gevolge van turbulen-tie en mechanische verliezen in de overbrenging, heeft een waterstromingstur-bine in de praktijk een omzettingsrendement tussen de 10% en 40% afhankelijkvan het type rotor dat wordt gebruikt.

Het is handig om onderscheid te maken tussen type rotors op basis van hydro-dynamische karakteristieken:

1. Rotors die hoofdzakelijk werken op de weerstandskrachten ("drag forces"in het engels) zoals een schoepenrad of Savonius rotor. De weerstand on-staat ten gevolge van de relatieve snelheid tussen de omwentelingen van derotor (die laag is) en de snelheid van het water die altijd hoger is (omloop-snelheid kleiner dan 1). Dit zijn doorgaans simpele constructies, die een-voudig te fabriceren zijn, maar wel veel materiaal bevatten en daardoorvaak een relatief laag vermogen hebben in verhouding tot hun omvang. Devermogenscoëfficiënt is in praktijk niet hoger dan ongeveer 0.25. Het is eenlow-tech oplossing die vooral interessant is voor toepassingen in ontwikke-lingslanden.


20

2. Rotors die hoofdzakelijk energie omzetten door gebruik te maken van hy-drodynamische draagkrachten ("lift forces" in het engels). Deze rotors ma-ken gebruik van vleugels of bladen met "aero-" (eigenlijk hydro-) dynami-sche vorm zoals vliegtuigvleugels of de bladen van een moderne windturbi-ne en halen een optimaal rendement bij omwentelingssnelheden die eenaantal malen hoger liggen dan de stromingssnelheid (omloopsnelheid groterdan 1). Vermogenscoëfficienten tot 0.50 zijn mogelijk. Deze rotors hebbendoorgaans een compacte constructie met een hoog omzettingsrendement(goede verhouding tussen vermogen en omvang). De productie van de aë-rodynamische bladen vereist hightech expertise. Binnen deze laatste catego-rie kan weer onderscheid gemaakt worden tussen twee typen:

• axiale rotors, waarbij de richting van de stroming parallel is aan deas van de rotor en de bladen radiaal geplaatst zijn (zoals een Hori-zontale-As Windturbine (HAWT)). De rotor moet dus altijd gerichtworden op de richting van de stroming.

• cross-flow rotors, waarbij de richting van de stroming haaks op deas van de rotor staat en de bladen parallel aan de as zijn geplaatst.(zoals een Verticale-As Wind Turbine (VAWT), ook wel bekend alsde Darrieus molen). Een speciale variant is de zogenaamde Voith-Schneider turbine, waarvan de rotor bladen beweegbaar zijn en op-timaal worden afgesteld op de stroomsnelheid. De rotor kan zoweleen horizontale as als verticale as hebben en is "omni-directional",dwz kan stromingen uit alle richtingen ontvangen en hoeft niet ge-richt te worden. Dit kan een voordeel zijn bij getijdenstromingen,waar de stroming uit twee tegenovergestelde richtingen komt.

Voor alle typen rotoren geldt dat bewegende delen zoveel mogelijk moetenworden vermeden. Bewegende delen leiden tot rendementsverliezen, extrakosten en gevoeligheid voor falen.

In de volgende paragraaf wordt een aantal praktijkvoorbeelden gegeven.


21

3.2 PraktijkvoorbeeldenDe belangrijkste naoorlogse ontwikkelingen op het gebied van waterstro-mingsturbines vonden plaats van eind jaren 70 tot begin jaren 80 in de periodevan aanhoudende olieprijsstijgingen op de wereldenergiemarkt. Recentelijk iser hernieuwde interesse voor deze vorm van energieomzetting vanwegen eengroeiend bewustwording van het gevaar van het versterkte broeikaseffect eneen streven naar een meer duurzame samenleving.

De vroegste en meeste intensieve ontwikkelingen komen uit Amerika gevolgddoor Groot-Brittannië, Canada, Australië, Japan en Rusland. Referentie [11]behandelt meer dan 70 publicaties over waterstroming en geeft een uitgebreidoverzicht van ruim 30 projecten wereldwijd. Hieronder volgen de belangrijksteontwikkelingen.

WeerstandsrotorenRotoren die werken op het principe van weerstand zijn beter bekend als een-voudige watermolens al dan niet met verstelbare schoepen. Het is een eeuwen-oud principe waarvan de voorbeelden legio zijn. Recente voorbeelden zijnhoofdzakelijk renovatie projecten van oude watermolens of toepassingen voorontwikkelingslanden. Gezien de slechte verhouding tussen vermogen en om-vang van de constructie, lijkt dit type turbine weinig economisch rendabel voorfabricage en toepassingen in niet-ontwikkelingslanden. Figuur 10 geeft eenvoorbeeld van een getijdenmolen met verstelbare schoepen.

Figuur 10 100 MW getijdenmolen met verstelbare schoepen ontworpen maar nooituitgevoerd in Australië (Weber, 1976).


22

Axiale rotorenDe grootste praktijk experimenten hebben plaats gevonden in de East River inNew York waar een 60 kW turbine met axiale rotor was geïnstalleerd. Er warenverder plannen voor een 30 kW turbine ontwikkeld door de New York Univer-sity. Er is weinig bekend over de resultaten van deze experimenten.

Figuur 11 Schema voor een 30 kW turbine gemonteerd aan een brug over de EastRiver in New York.

Veel bekender zijn de activiteiten van ITPower. Ruim 25 jaar geleden waren zijal actief in ontwikkelingslanden met waterstromingstubines ten behoeve vanirrigatie. In 1994 ontwikkelde de groep een 15 kW experimentele turbine diekorte tijd getest is in stromingen (tot 2.5 m/s) van Loch Linnhe, Schotland (ziefiguur 12). Met deze ervaring leidt ITPower nu een consortium in Europeesverband om een eerste generatie onderwater molens te ontwikkelen en te reali-seren voor de kust van Groot-Brittannië. De eerste molen zal een vermogen vanongeveer 300 kW hebben. Uiteindelijk is het doel om 1 MW turbines te ont-wikkelen.


23

Figuur 12 15 kW turbine gezamenlijk ontwikkeld door IT Power, National EngineeringLaboratory en Scottish Nuclear in 1993.

Andere interessante ontwikkelingen betreffen de Tyson Turbine, getest in deStraat van Apsley in Australië en de Tocardo turbine die in paragraaf 3.3 verderwordt behandeld.

Figuur 13 Tyson turbine


24

Cross flow rotorenIn Canada zijn sinds begin jaren 80 verscheidene prototypes van cross-flow ofDarrieus turbines ontwikkeld (max. 5 kW) en getest zowel in laboratorium om-geving als ook op zee. The Blue Energy Company uit Vancouver is tot op he-den actief bezig de Davis Turbine te exploiteren in onder meer de Filippijnen.Er is geen informatie bekend van gerealiseerde projecten.

Figuur 14 Davis Turbine. Schematisch overzicht van hoe de turbines in een dam bijDalupiri (Filippijnen) worden geplaatst.

In Japan heeft waarschijnlijk de langst geïnstalleerde waterstromingsturbine ge-staan. Nihon Universiteit ontwikkelde een 3.5 kW Darrieus turbine die van1983 tot 1988 op de zeebodem van de Straat van Kurushima heeft gestaan.

Cross-flow rotoren van Voith Schneider typeVoith Schneider turbines zijn voor eerst getest door de US Navel Academy in1980. Het programma is gestaakt omdat er geen goed werkende oplossing konworden gevonden voor het regelen van de posities van de bladen. In Japan zijngoede resultaten verkregen met een Voith Schneider turbine (een rotor coëffi-ciënt (Cp) van 0.25 en een omloopsnelheid van 1.25). In Italië bestonden seri-euze plannen voor het realiseren van een 100 MW waterstromingscentrale in deStraat van Messina gebruikmakende van 100 Voith Schneider turbines. Hetprojectteam bestond uit onder meer Ponte d'Archimede en Voith GmbH. Er isweinig meer vernomen van deze plannen, maar twee onderzoeksgroepen opItaliaanse universiteiten voeren momenteel theoretisch en experimenteel on-derzoek uit naar de optimalisatie van de Voith Schneider turbine en zijn opzoek naar Europese partners voor vervolg onderzoek.


25

Figuur 15 Schema van Voith Schneider type turbine met cyclisch bewegende bladenvoor optimaal hydraulisch rendement.

Tenslotte werd recentelijk aangekondigd2 dat Ponte d' Archimede met Europeessteun een getijcentrale op getijdenstroming gaat bouwen bij de Zhoushan eilan-den voor de Oost kust van China's Zhejiang provincie (kosten 1.2 miljoen USDollar).

Ook in Nederland is in het verleden onderzoek verricht naar dit type turbinedoor het NPS (voormalig Marin) in Wageningen in opdracht van de Koninklij-ke Maatschappij "de Schelde". In een sleeptank zijn experimenten uitgevoerdwaarbij men met zeer hoge snelheden (7 m/s!) een rotor coëfficiënt behaaldevan 0.33. Ook dit project zou zijn gestaakt wegens problemen met het stellenvan de bladposities.

2 01/08/99: zie: ce.cei.gov.cn/einv/d31m0a01.htm


26

3.3 Ervaringen in NederlandIn Nederland is een aantal initiatieven ontstaan om concepten te ontwikkelenwaarmee getijdenstromingen benut kunnen worden. Het toeval wil dat van elktype rotor (weerstand, axiaal en cross-flow) hierboven beschreven er één prak-tijk voorbeeld bestaat in Nederland. Deze zullen hieronder nader worden be-handeld:

Tocardo Turbine (axiale rotor met venturi behuizing)Teamwork Technology (Zijdewind, NH) is op verschillende vlakken betrokkenbij projecten op het gebied van duurzame energie. Het bedrijf neemt onder an-dere deel aan het project de Archimedes Wave Swing (AWS). De AWS is eengolfenergie turbine, waarvan een prototype wordt gerealiseerd voor de kust vanPortugal. Tevens beschikt het bedrijf over de knowhow en de rechten tot ex-ploitatie van de Tocardo turbine (figuur 16).

Figuur 16 Tocardo Turbine (Aqua75). De behuizing in de vorm van een venturi hangtonder een ponton. De generator is ingebouwd zoals een Bulb generator inlijn met de as van de rotor en geheel onder water.

Deze turbine is oorspronkelijk ontwikkeld door Dhr. van der Pol van het voor-malige bedrijf Tocardo bv uit Rhenen voor kleinschalige energiewinning uit ri-vierstromingen (één richting). Het prototype met een vermogen van 1 kW be-staat uit een drijvend ponton met daaronder een rotor die geplaatst is in een be-huizing met de vorm van een venturi. De behuizing (augmentor/diffussor) dientervoor de stroomsnelheid door de rotor te vergroten (een vergrotingsfactor van4). Het voordeel van de venturi is dat de rotor compacter kan worden uitge-voerd en dat de snelheid hoger wordt. Het rendement zal echter niet toenemen,en waarschijnlijk zelfs afnemen. Potentiële nadelen zijn de extra kosten voor debehuizing en constructie die voor de ondersteuning daarvan nodig is en de toe-nemende weerstand van het water op de gehele installatie.


27

Sleeptesten waarbij de turbine aan een zijde van een boot bevestigd was, re-sulteerden in een totaal omzettingsrendement (water naar elektriciteit) rond de17%.

Figuur 17 Artist impressie van een getijcentrale (150-300 kW) zoals voorgesteld doorTeamwork Technology.

Onlangs (Metro, 8 maart 2000) melde het bedrijf dat er plannen bestaan omnog dit jaar een turbine te plaatsen in het Marsdiep bij Den Helder. Het zou omeen pilot project gaan met één turbine van 7 meter diameter. Daarna kan dezeconfiguratie uitgebreid worden tot zes turbines met een capaciteit tussen de 150en 300 kW afhankelijk van de plaatsing en stroomsnelheid (figuur 17).

Worms TurbineDe Worms turbine is een concept bedacht door Dhr Worms en is ook bekendonder de naam "Peddelturbine" of "Water Tol". Het concept omvat een schoe-penrad dat volledig onder water wordt geplaatst en waarvan de schoepen zoda-nig kunnen bewegen dat ze gedurende de "inefficiënte" helft van omwentelingminimale weerstand veroorzaken in de stroming. Het schoepenrad kan in tweerichtingen draaien (zowel bij uitgaand als inkomend tij). In 1985 heeft het Wa-terloopkundig Laboratorium te Delft een schaalmodel getest. De resultaten vandit onderzoek zijn niet openbaar gemaakt.

In 1993 is in samenwerking met Hubert Stavoren (fabrikant van oa. waterzuive-ringsinstallaties) een werkend prototype gebouwd en geïnstalleerd bij de slui-zen van Kornwerderzand in de Afsluitdijk. De installatie had vier wielen van3.5 m diameter met elk 3 schoepen. De constructie is na een maand los gesla-gen van zijn ankerkabels, door de sluizen gezogen en gestrand op het wad. Ofde oorzaak van dit falen een constructiefout is geweest of een onderschattingvan de weerstandskrachten op de installatie is niet duidelijk. Het is niet bekendhoe de installatie gefunctioneerd heeft.


28

Figuur 18 Overzicht van de Worms turbine met bevestigingsconstructie. De as looptverticaal met daar aan bevestigd meerder schoepen. De pijl geeft destroomrichting van het water aan.

Dankzij steun van Senter in de vorm van een subsidie (�245.000) en onder co-ordinatie van het bedrijf WattEng b.v. wordt momenteel gewerkt aan een twee-de prototype door Swets Marine Services in Terneuzen. Dit prototype zal eerstzonder generator worden getest. Het prototype zal nog dit voorjaar worden ge-test. De turbine wordt bevestigd aan een boot en zal op verschillende snelhedendoor -stil- water worden gesleept ten einde de vermogensopbrengst te bepalen.Indien de testen succesvol zijn (wanneer tussen de 80-100kW kan worden ge-genereerd), is het de bedoeling om het prototype verder uit te bouwen tot eenpermanente netgekoppelde installatie (figuur 18). Er is reeds een overeenkomstgesloten met Nuon voor een Standaard Terugleververgoeding (STV) voor deelektriciteit die wordt geproduceerd (15 cent per kWh).


29

Whale Tail WheelHet Whale Tail Wheel is een prototype scheepsaandrijving dat momenteel opeen binnenvaartschip met succes wordt ingezet en beproefd door Whale TailSystems B.V. uit Leiden. Het Whale Tail Wheel bestaat uit twee onder waterdraaiende trommels die in een scheg achter onder het schip zijn geplaatst. Tus-sen de trommels zijn 4 of 6 bladen geplaatst. Deze bladen draaien rond en wor-den tijdens het draaien voortdurend in de hydrodynamische ideale positie gezet(figuur 19).

Figuur 19 Het Whale Tail Wheel achter onder een schip geplaatst. De bladen draaienrond en worden tijdens het draaien voortdurend in de hydrodynamischeideale positie gezet

Hydrauvision B.V. te Schoondijke heeft zich verdiept in energiewinning uitwaterstroming en is betrokken geweest bij de ontwikkeling van de ArchimedesWave Swing (zie Teamwork Technology). Momenteel onderzoekt het bedrijfde inzetbaarheid van de Whale Tail Wheel technologie voor energieopwekking.Hydrauvision heeft hiervoor een ontwikkelingskrediet ontvangen van de pro-vincie Zeeland. Een prototype met een diameter van 60 cm en een (blad) lengtevan 2 m is reeds beproefd aan de zijkant van een schip. Bij een gesimuleerdestroomsnelheid van 3 m/s, leverde de turbine een positief vermogen.

Een tweede prototype dat gebouwd wordt, zal een diameter van 1.5 m en (blad)lengte van 3.5m krijgen.

Het verschil met de Voith-Schneider turbines (zie 3.1) is dat ieder blad afzon-derlijk van positie kan veranderen. Hierdoor kan het systeem nog optimalerworden afgesteld, zodat de rotor een hoger rendement heeft over een reeks van


30

omloopsnelheden. Dit is een belangrijk voordeel wanneer de turbine op con-stante snelheid moet draaien. Tenslotte kan de turbine door gebruik van de va-riabele bladposities eenvoudig zelf starten en stoppen.

Hier tegenover staan de nadelen van een ingewikkeld en kostbaar mechaniek.Vergeleken met een Darrieus type rotor met vaste bladposities, is dit systeempotentieel onderhoudsgevoeliger. Een ander punt van aandacht dat geldt voorde cross-flow rotor in het algemeen, is de gevoeligheid voor vermoeiing. Debladen worden tijdens een omwenteling aan beiden zijden afwisselend belast.


31

3.4 Toetsing aan beoordelingscriteriaEr kunnen twee opties worden beschouwd: grootschalige energieopwekking uitde stroming direct in de stormvloedkering of kleinschalige opwekking in ofbuiten de kering.

Het aanbodHet aanbod uit de getijdenstromingen wordt bepaald door de stroomsnelheid v(m/s) en het beschikbare doorstromingsoppervlak A (m2). Het vermogen wordtin grote mate bepaald door de derdemachtsrelatie met de stroomsnelheid, zoalsvolgt uit de volgende formule voor het maximale potentiële vermogen P:

32

1 ... vAP ρ=

Het gemiddeld technische beschikbare vermogen Pgem wordt beperkt door hetrendement van de turbine η en de gemiddelde snelheid over een getijperiodevan 12 uur en 25 minuten. Uitgaande van een rendement η van 0.2 en een cor-rectie van 0.5 voor de middeling van de stroomsnelheid [ref 12], wordt hettechnische aanbod gegeven door:

3...05.0 vAPgem ρ=

Het is duidelijk dat een verhoging van de snelheid een veel groter effect heeftop het vermogen dan een vergroting van het doorstromingsoppervlak. Vandaardat het toepassen van een venturi interessant kan zijn.

Figuur 20 Detail uit de Stroomatlas van de Westerschelde/Oosterschelde, 1 uur voorhoog tij. De piek stroomsnelheid bij springtij is vlak achter de Roompotslui-zen: 2.4 knopen (1.3 m/s)


32

De stroming is het hoogst in de kering (4 tot 5 m/s). Het maximale aanbod uitde Oosterschelde ligt dus hier. Buiten de kering zijn de stromingen minderspectaculair, en hooguit 1.3 m/s (zie figuur 20). Dit zijn stroomsnelheden diezich overigens ook voordoen voor de Zeeuwse kust in open zeewater

Voor een eerste orde benadering van het gemiddeld (continue) technische be-schikbare vermogen door een oppervlak ter grootte van de totale doorstroom-openingen van de kering is een eerste orde benadering opgenomen in de bijla-ge. De resultaten staan weergegeven in tabel 3:

Stroom snelheid [m/s]

Opgestelde vemogen

[MW]

Continue vermogen[

MW]1 2 12 14 73 48 244 115 575 224 112

Tabel 3 Opgesteld en continue vermogen uit getijdenstroom voor verschillendepiek stroomsnelheden voor een doorstomingsoppervlak ter grootte van deopening van de Oosterscheldekering

Uit de tabel is te lezen dat een piek vermogen tussen de 100-200 MW mogelijkzou kunnen zijn in de gehele opening van de Oosterschelde. Een installatie vangelijke grootte daar buiten zou hooguit 2 tot 10 MW bedragen. Dit komt over-een (ook qua oppervlak!) met 1 tot 7 windturbines van het grootste commerci-ele type van 1,5 MW.

Het Beleidsplan Oosterschelde

Functie hiërarchieDe primaire doelstelling van de deltawerken is het bieden van veiligheid voorde bevolking. Het plaatsen van turbines in de kering mag hieraan geen afbreukdoen. Hoewel reeds is aangetoond dat het aanbod niet zeer groot is, bestaan erin principe mogelijkheden voor energie opwekking zonder afbreuk te doen aande primaire doelstelling, wanneer er tegemoet kan worden gekomen aan strengetechnische beperkingen (krachten mogen geen invloed op fundering hebben,turbine moet verwijderbaar zijn in noodsituaties etc). Ook al kan aan deze eisenworden voldaan, dan is de invloed van een dergelijke installatie op het getijver-schil een belangrijk tweede criterium (zie hierna).

Voor een installatie buiten de kering zullen lokaal functies moeten wijken (fi-guur 21). Zo zullen scheepvaart en recreatie (duikers!) in een bepaalde straalrondom de installatie moeten wijken. Verder zal moeten worden onderzocht ofer speciale maatregelen nodig zijn om watervogels, vissen en zeehonden te we-ren. Een scherm voor en achter de turbine zou voldoende kunnen zijn.


33

Figuur 21 Detail van de Hydrografische kaart [ref 13]. De markeringen geven grenzenaan van gebieden die niet toegankelijk zijn vanwege natuur, visserij ofveiligheid (bij de kering). Alleen achter de Roompot sluizen ten noordenvan de Jacoba haven is de begrenzing beperkt tot een veiligheidszone.Wellicht zou hier mogelijkheid voor een proefproject gevonden kunnenworden.

Tenslotte kan de realisatie van een vrije stromingsturbine in of buiten de keringtevens een recreatieve of educatieve functie vervullen, wanneer er informatiewordt verschaft over het onderwerp. Dit gebeurt nu ook voor de windturbines,waarover informatie te vinden is in het bezoekerscentrum Neeltje Jans.

Landschap


34

De plaatsing van vrije stroom turbines onder water behoeft in vergelijking meteen getijcentrale met een bassin, slechts kleine civiel technische ingrepen. Erhoeft geen dam te worden gebouwd of land onder water te worden gezet. Deingreep op het landschap is dus aanzienlijk kleiner. Wanneer de turbines in dekering zelf geplaatst worden, zijn de civiel technische voorzieningen reedsaanwezig. De turbines worden dan in de openingen tussen de pijlers geplaatst.Bij plaatsing buiten de kering kan gedacht worden aan twee mogelijkheden:

• een drijvend ponton dat verankerd is aan de zeebodem, kust of civielkunstwerk (brug) of,

• een turbine die ondersteund wordt door één of meer masten geplaatst op debodem (analoog aan offshore windturbines).

GeomorfologieBeide opties hebben lokaal invloed op het stromingspatroon en de geomorfolo-gie. Voor de turbine kan er depositie van slib en zand plaatsvinden, terwijlachter de turbine lokaal ontgronding plaats kan vinden. Het proces van verdie-ping en verontdieping wisselt van richting met het keren van het tij. Dit effectwerd reeds onderkend bij het ontwerp van de Stormvloedkering. Om het effectte ondervangen is over een strook van 650 m aan weerszijden van de kering eenbodembescherming aangebracht. De precieze invloed van een vrije stromings-turbine op de bodem zal nader moeten worden onderzocht. Parameters alsschaalgrootte, verankeringsmethode, venturi effecten en type rotor hebben eenbepaalde invloed. In referentie [8 en 15] wordt er nader op dit onderwerp inge-gaan.

Invloed op getijverschil en stromingHoewel het in het Beleidsplan niet expliciet genoemd wordt, is de afname vanhet getijverschil een belangrijk beoordelingscriterium. Rijkswaterstaat wijst erop dat significante afname van het getijverschil onacceptabel is. Het is echteronontkoombaar dat energieopwekking uit het getij samen gaat met een afnamevan het getijverschil. De aanleg van de kering heeft de opening tot de Ooster-schelde vernauwd tot ongeveer 20% van het oorspronkelijke oppervlak. Doordeze vernauwing is het getijverschil met ongeveer 13% afgenomen. Het plaat-sen van turbines in deze opening gaat gepaard met een verdere vernauwing vande openingen en dus afname van het getijverschil. Het is daarom nuttig hiereen eerste orde benadering te maken van de relatie tussen de schaal waaropenergie wordt onttrokken en het effect daarvan op het getijverschil. Onder-staande tabel geeft de resultaten van de berekening (zie bijlage voor bereke-ning). We zien dat bij een opgesteld vermogen van 10 MW (2.5 MW continu)de afname van het getij 40 mm is (over twee getijperioden). Bij een proefpro-ject van 100 kW opgesteld vermogen (50 kW continu) is de afname van het ge-tij circa 0,4 mm en daarmee niet geheel verwaarloosbaar. Het effect van dezeafname op het milieu is niet eenvoudig te bepalen.


35

Opgesteld vermogen

Continu vermogen

Getijdeafname [mm]

100 kW 50 kW 0,4

1 MW 500 kW 4,0

10 MW 5 MW 40

Tabel 4 Potentieel uit getijdenstroming en het effect op het getijverschil in de Oos-terschelde.

Het is mogelijk om de gevolgen van deze afname op de omvang van het water-oppervlak in Oosterschelde te analyseren met behulp van GIS systemen. Ditvalt echter buiten deze opdracht en is bovendien niet relevant. Rijkswaterstaatrapporteert [, zie ook 1.2] dat de Oosterschelde nog in een aanpassingfase is.De belangrijkste verstoringen worden veroorzaakt door de zandhonger van degeulen. Een afname van het getij met een aantal tiende millimeters wordt alsniet significant beschouwd door benaderde experts van Rijkswaterstaat. Klein-schalige energieopwekking uit de stromingen in de Oosterschelde (100-500kW) zal daarom een niet significant effect hebben op het getijverschil.

Financiële beperkingenEr zijn nog geen commerciële toepassingen bekend van energieopwekking uitgetijdenstromingen en dus ontbreken harde financiële gegevens hierover. ITPower verwacht met haar eerste generatie onderwatermolens elektriciteit op tewekken voor minder dan 0.10 euro/kWh (ƒ0.24 per kWh). De Worms Turbinekan tegen een standaard vergoeding van ƒ0.15 per kWh elektriciteit verkopenaan Nuon (de kostprijs van de opgewekte electriciteit is onbekend). De tech-nologie zit nog in een ontwikkelingsfase en vraagt eerst nog om investeringenvoor verder onderzoek en experimentele beproevingen van prototypes. Het isdaarom niet mogelijk om op basis van de huidige gegevens een kostprijs perkWh aan te geven.

Toekomst perspectievenElders in Nederland zijn mogelijk nog interessantere locaties te vinden: deWesterschelde kent stroomsnelheden tot 2.2 m/s. Ook stromingen rond deWadden kunnen hoog zijn. Het potentieel is nog niet eerder in kaart gebracht enverdient verder onderzoek, waarmee het marktpotentieel voor Nederland kanworden bepaald. Opgemerkt kan worden dat ook in deze gebieden de milieu ei-sen veelal stringent zijn (bijvoorbeeld de Waddenzee).

Tenslotte kan de technologie een interessant export product worden als er bui-ten Nederland een aantoonbaar potentieel is. Een EU-studie uit 1996 heeft 106locaties met een hoge gemiddelde stroomsnelheid geïnventariseerd. Een tech-nisch potentieel van 12.5 GW is hiervoor geschat, goed voor 48 TWh per jaar[ref. 14].


36

4. CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN

4.1 Energieopwekking uit het getijverschilEnergieopwekking uit het getijverschil (het verschil tussen eb en vloed) biedtgeen goede kansen in de Oosterschelde. Hoewel het aanbod in principe groot is(734 MW), is de implementatie -met name op grote schaal- in strijd met dedoelstellingen van het Beleidsplan. Verder lijkt het vooralsnog economisch on-rendabel om energie op te wekken bij een hoogteverschil van minder dan 7meter. Er zijn ook geen bijkomende kostenbesparende voordelen voor de Oos-terschelde in de vorm van bijvoorbeeld een verbindingsweg, omdat deze infra-structuur reeds aanwezig is. Tenslotte zijn er weinig perspectieven om de opge-dane ervaring en kennis elders toe te passen in Nederland.

4.2 Energieopwekking uit het getijdenstromingEnergieopwekking uit getijdenstromingen biedt meer kansen in de Ooster-schelde. Het aanbod is beperkt tot een aantal specifieke locaties, waarvan destormvloedkering het grootste aanbod biedt (100-200 MW), daarbuiten is hetaanbod geringer gezien de lage stroomsnelheden (1-10 MW). Realisatie opgrote schaal van deze optie is in strijd met het Beleidsplan, vanwege de invloedop getijverschil. Een eerste orde benadering toont aan dat het effect van eengrootschalige toepassing (10 MW) een niet verwaarloosbaar effect op het getij-verschil in de Oosterschelde zal hebben (in de orde van 4 cm op het huidigegetijverschil van 285 cm). Gezien dit effect bestaat er twijfel over het achter-wege blijven van mogelijke negatieve gevolgen voor het ecosysteem (voor-zorgsprincipe uit Beleidsplan). Het opwekken van energie uit getijdenstromin-gen op grote schaal in de Oosterschelde kan daarom niet worden aanbevolen.

Het effect van kleinschalige energieopwekking uit de getijdenstromingen (tot500 kW) op het getijverschil is veel kleiner (0.4 mm per 100 kW opgesteldvermogen). Hoewel dit effect niet ontkend mag worden, wordt het belang ervanverwaarloosbaar geacht (door Rijkswaterstaat) ten opzichte van andere aanpas-singsprocessen die de Oosterschelde ondergaat. Kleinschalige energie opwek-king uit de getijdenstromingen lijkt dus acceptabel.

Wanneer een proefinstallatie wordt toegestaan rond de Oosterschelde moet eengoede locatie worden aangewezen. De meest optimale locatie moet gezochtworden daar waar de installatie geen hinder veroorzaakt voor scheepvaart, re-creatie of visserij en waar de stroomsnelheden hoog en laminair zijn. Verdermoet de installatie goed bereikbaar zijn voor onderhoud en metingen. Een lo-catie in de Stormvloedkering, tussen de peilers, voldoet het beste aan dezevoorwaarden. Mocht deze locatie technisch niet te realiseren zijn, dan moet eenproeflocatie gezocht worden in de buurt van de kering, maar buiten het turbu-lente gebied.Er zijn perspectieven voor toepassingen van deze vorm van energieopwekkingelders in Nederland. Hoge stromingen zijn te vinden voor de Zeeuwse kust inde Noordzee, de Westerschelde en rond de Wadden eilanden. Voor deze loca-


37

ties zullen echter ook de consequenties voor milieu, scheepvaart, etc. moetenworden onderzocht. Het Europees potentieel is geschat op een technisch reali-seerbaar vermogen van 12.5 GW. Tenslotte beschikt de provincie Zeeland bijuitstek over de nodige kennis, faciliteiten en omgeving om deze technologieverder te ontwikkelen.

4.3 AanbevelingenDe technologie is nog in ontwikkeling en vraagt nog om verder onderzoek enstudies. Wellicht is hier een rol voor de provincie Zeeland weggelegd om faci-literend op te treden in deze ontwikkelingen. De provincie zou hier baat bijhebben indien een nieuwe industrie kan worden gestimuleerd en ontwikkeldmet een duidelijk marktpotentieel. Wellicht kan zo op termijn een interessantexport product ontstaan. Dit marktpotentieel moet dan wel aangetoond wordenmiddels nader onderzoek.

Binnen de provincie Zeeland bestaan de nodige kennis, faciliteiten en omge-ving om deze technologie verder te ontwikkelen. Voorop staat de kennis en er-varing door de realisatie van de Deltawerken. Verder zijn het RIKZ, het Oeko-logische Instituut te Yerseke en de Hogeschool van Zeeland kennisinstitutendie betrokken kunnen worden bij deelonderzoeken. Ook is er de nodige indu-strie aanwezig -scheepswerven- met kennis van offshore installaties. Deze ken-nis zou gecoördineerd en gebundeld kunnen worden.

De volgende aanbevelingen worden gedaan aan de provincie Zeeland:

1. Geen energieopwekking uit het getijverschil (het verschil tussen eb envloed) in de Oosterschelde,

2. faciliterend optreden bij initiatieven voor kleinschalige energieopwekkinguit de getijdenstromingen (tot 500 kW) in de Oosterschelde op een aan tewijzen proeflocatie,

3. bundelen en verspreiden van de kennis, initiatieven en actoren via eenvoorlichtingsbijeenkomst of workshop over het onderwerp �energie uit ge-tijdenstroming� (te betrekken actoren: WattEng, Swets Marine Services,Whale Tail Systems, Hydrauvision, Teamwork Technology, ECN, MARIN,Nuon, RWS e.a.).


38

5. REFERENTIES

1. "De Stormvloedkering in de Oosterschelde voor veiligheid en milieu",Dosbouw, 1987.

2. �Zandhonger Oosterschelde�, RWS, Rijksinstituut voor Kust en Zee,RIKZ/AB-2000.803X, december 1999

3. De Oosterschelde naar een nieuw onderwaterlandschap, Rijkswaterstaat,Dienst getijdewateren, Eindrapport Geomor, Nota DGW.Ao 87.029, 1987

4. �The Potential for Tidal Energy within the European Community�, ETSU-OPET, DG XVII, 1991.

5. "Stroomatlas HP15", Westerschelde, Oosterschelde, Uitgegeven door deChef der Hydrografie, 1992.

6. "Beleidsplan Oosterschelde 1995", Stuurgroep Oosterschelde, ProvincialeStaten van Zeeland, 1995.

7. �Rapport ENERGO-project�, PZEM, ECN, RWS, 1981.

8. �Actieve Getij Centrale, Verkenning van Hydraulische en kustmorfologi-sche gevolgen�, Alkyon, voor Novem, december 1997

9. �Wind energie en waterkracht�, Rapport van de begeleidingscommissieVoorstudie Plan Lievense�, 1981.

10. �Getijcentrale Oosterschelde�, nota W-75.060, Rijkswaterstaat, DeltadienstWaterloopkundige afdeling, ir D. Kooman, 1975

11. "The Exploitation of River and Marine currents", Scheijgrond, P.C., Uni-versity of Strathclyde, 1998.

12. "Renewable Energy Resources", Twidell, J.W., Weir A.D., 1986.

13. Hydrografische kaart voor kust- en binnenwateren, Dienst der Hydrografie,1805 Oosterschelde, Veerse meer en Grevelingenmeer.

14. "The exploitation of tidal and marine currents", Non-Nuclear energy-JOULE II, Wave energy, EUR16683 EN, 1996.

15. "Near shore Windenergie", Voorstudie Locatie selectie, Deelstudie Morfo-logie", Alkyon Hydraulic Research & Consultancy, 1997.


39

BIJLAGEN

Berekening technisch potentieel voor winning uit de getijdenstromingen

Aannames:doorstromingsoppervlak A = 17900 m2

Piek snelheid door de openingen (Kering) Vk= 3-5 m/sPieksnelheid buiten de kering (Oosterschelde) Vo=1-2 m/sTurbine rendement η =0.2Correctie factor voor variatie in stroomsnelheid =0.5

Voor het piekvermogen:

32

1 ... vAP ρ=

Voor het continue vermogen:

3...05.0 vAPgem ρ=

Berekening effect op het getijverschil

Berekend is de potentiële energie in het bassin van de Oosterschelde. Uitgaandevan een oppervlakte van 200 km2 en een getijverschil van gemiddeld 2,5 mover deze 200 km2. De potentiële energie van de massa water bij dit hoogtever-schil wordt gegeven door:

E = ρ g H A ∆H η

Hierin is:E = Potentiële energie [J]g = Zwaartekrachtversnelling [9,8 m/s2]ρ = Dichtheid van water [kg/m3]H = Hoogteverschil getijde [m]A = Oppervlak van de Oosterschelde [m2]∆H = Afname van het getij [m]η = Rendement van de omzetting

De werkelijke afname van het getijverschil is (∆H maal η) vanwege het feit datde turbine slechts een deel van de doorstroming omzet in vermogen.Het gemiddelde vermogen kan berekend worden door:

P = E / t


40

Hierin is:P = Het continu beschikbare vermogen [W]t = De tijdsperiode van 1 getij [12 uur en 25 min.]

Uitgaande van een oppervlak A van 200 km2, een dichtheid ρ van 1000 kg/m3,een hoogteverschil H van 2,5 m (gemiddeld over die 200 km2), een werkelijkegetijdenafname van 0,2 mm per getij en een rendement van 20 % op de omzet-ting in de vrije stromingsturbine, komen we op een energie-inhoud van 1 GJ.Dit betekent een continu vermogen P van circa 50 kW. Bij een beschikbaarheidvan 0,5 betekent dit een op te stellen vermogen van 100 kW. Het te winnenvermogen is in eerste orde lineair met de afname van het getijverschil, dus bij10 MW opgesteld vermogen is de afname 20 mm per getij. Het maximaal op testellen vermogen is circa 100 MW (50 MW continu). In dat geval wordt de ge-hele Oosterschelde als 1 grote waterkrachtcentrale bedreven (via de Ooster-scheldekering). Dit komt overeen met 66 windturbines van het grootste com-merciële type van 1,5 MW.

Kansen voor energiewinning uit getijden in de Ooster- schelde · 2006-09-04 · ECOFYS...

Documents

Transcript of Kansen voor energiewinning uit getijden in de Ooster- schelde · 2006-09-04 · ECOFYS...